发展航空航天工业绿色可持续电镀

莱斯特大学卡尔莱德教授是电化学领域的领先学术。作为他研究的一部分，他一直在开发电镀航空航天和汽车工业中使用的部件的新型环保方法，该方法目前使用危险和有毒溶剂。Azom对Karl有关新的溶剂，他的研究小组正在开发用于电镀和电挖掘机，并且在他的研究中发挥积分作用。

您能介绍莱斯特大学的研究中介绍我们的读者吗？

我是莱斯特大学一个研究小组的成员，从事电化学和材料方面的研究。欧洲杯足球竞彩我们的研究主要是使用金属电镀等技术产生的表面涂层，但我们也研究其他金属电整理方法，如电溶解和表面蚀刻。

我们研究的主要重点是看看涂层表面的常规工业过程，并试图使其更具可持续性和更少的毒性。这些涂层经常用于耐磨，防止腐蚀或纯粹用于美学。

目前，镀铬一般采用六价铬。六价铬是已知最具致癌性的物质之一。欧洲杯足球竞彩人们迫切希望找到不使用六价铬的电镀方法。我的研究小组正在研究铬、镍和钴。

作为我们研究的一部分，我们需要了解新的涂料，我们需要了解结构，厚度，形态，形状，沉积物的成长方式等等，需要表面表征方法。

我们也在开发更复杂的铸造方法，如单晶高温合金铸造，这对汽车和航空航天工业很重要。

航空航天工业中使用的部件在组装之前都经过了电加工。图片致谢:shutterstock.com/ID1974

什么是单晶高温合金铸造，为什么它对航空航天等行业很重要?

单晶铸造是一种先进的铸造技术，在过去十五年中已开发。

这是一种用于为高应力部件铸造涂层的方法，例如现代航空发动机中的涡轮。这些叶片必须将喷气机燃烧燃料产生的大部分燃烧力转化为旋转。这些部件需要在非常高的温度下工作，通常在1300到1700°C之间，而且，由于它们旋转非常快，机械应力非常高。

为了实现这一目标，它们基本上必须自由缺陷。它们以这样的方式制造，即涂层中没有晶界，这可能是导致裂缝的机械应力的焦点。如果这些刀片在叶片的裂缝中，将以10,000 rpm抛出，当靠近飞行中的燃料箱时，这是非常危险的。

单晶方法的目的是将这些非常高应力的部件作为单晶铸造，因此没有晶界，这意味着没有可能破裂或失败。

部件的铸造必须是完全无缺陷的，以确保它们在极端的操作温度下不会发生故障。图片来源:shutterstock.com/Jaromir Chalabala

制造商和研究人员如何确保整个表面的结晶是均匀的?

他们使用综合检查技术。当叶片或部件从铸造炉中出来时，必须对其进行热处理，使晶体结构均匀化和定型。

一旦样品被热处理，就使用氯化铁等化学品化学蚀刻。该蚀刻可以在晶体结构中显示出任何可能的缺陷的视觉指示。阴影区域表示晶粒边界，如果观察到任何阴影区域，则铸件完全拼相。

然后我们用电抛光表面。电解抛光是一种以非常可控的方式去除少量表面的方法。电解抛光使我们能够看到本不应该存在的晶界结构。

如果晶界在表面定位，并且只有10μm或如此深，则可以使用电极渗透来除去晶界，得到完美的组分。但是，如果晶界通过整个铸件运行，则不能被移除，我们必须开始铸造过程。

电解蚀刻的抛光镍基高温合金样品。蚀刻轮廓是可见的，蚀刻深度可以用Zeta-20光学轮廓仪测量。

电解抛光过程通常使用什么溶剂和金属?

电氢化的普通金属包括不锈钢，基镍合金和偶尔的钴基合金。目前使用的化学品如硫酸，磷酸，两种磺酸和有机基磺酸的混合物，所有这些都是侵袭性的。在这种含有氟化氢和铬酸的这种有毒添加物之上。

我的团队致力于开发溶剂和电解质系统，该电解质系统可用于电抛光，但无处可行，近似侵略性或有毒。我们在金属特定的电解质系统上工作。作为本研究的一部分，我们一直与Rolls Royce的航空航天部门合作，开发一种新的蚀刻超级合金的方法。

我们开发的另一个电解质是氯化胆碱的混合物，食品添加剂中发现的盐，以及乙二醇，其是防冻剂。如果这两个组分以特定方式组合，它们可用于将不锈钢电钢作为目前使用的有毒磷酸电气。这对我们来说是一个巨大的一步。

这种组分组合是深共晶溶剂(DES)的一个例子，深共晶溶剂是表现出类似熔融盐行为的电解液。它们有一系列有趣的性质，使它们成为电化学的有用溶剂。这包括低蒸汽压，所以不同于有机溶剂，它们不会在室温下蒸发，和金属盐的高亲和力，这意味着它们可以溶解大多数材料。欧洲杯足球竞彩

DES体系的离子性质意味着电化学过程将在较低的能量下进行，使得电化学抛光等过程所需的反应更容易实现。

我们也研究过其他的电解质系统，它们也是金属特有的。我们一直在与罗尔斯·罗伊斯的航空航天部门合作开发一种蚀刻超级合金的新方法。

高温合金通常采用HIP(热等规压法)铸造成单晶，粉末在极端温度和压力下在模具中压缩，以产生所需的成分。然后通过电化学蚀刻和电抛光去除任何晶粒边界。这一成功与否可以由光学分析。

用热等静压机(HIP)对镍合金试样进行了成像Zeta-20光学分析器．使用深对共晶溶剂电解蚀刻Ni合金。该图像显示了天然（未取出的）表面和溶解（蚀刻）表面之间的台阶边缘。

溶于深度共晶溶剂的离子的特点是什么，其中哪一种适用于电抛光剂？

这个问题有两部分。溶于深层共晶溶剂的离子的特性损害了整个金属盐。深度共晶溶剂具有极高的离子浓度。几乎任何盐，你添加的溶液中的金属卤化物盐，允许溶解各种离子。这真的意味着你可以解散各种各样的东西

为了回答问题的第二部分，其中哪一个适合电力抛光，这取决于基材。例如，不锈钢是使用磷酸和硫酸电极挖掘的合金。作为不锈钢是铁和镍的合金，重要的是，两种不同的金属以与合金本身的浓度相同的比例除去。如果只有镍，你会用铁表面留下，这会迅速生锈。

深度反光的一个优势是我们从我们自己的测量中了解到，当你电挖掘合金时，它们往往不脱合金。它们倾向于以与固体存在的相同比例。这意味着我们可以电极电极各种不同类型的基材，纯净金属和金属混合物，如不锈钢和超级合金，具有很少的并发症。

你如何确定电解抛光表面在电解抛光后是否均匀?

当我们有一个基底，我们想要电抛光，我们确定它的初始表面粗糙度，我们用ζ光学分析器也可以使用原子力显微镜(AFM)。然后我们电抛光表面，当这发生时，衬底的表面变得更反射和光学更亮，这让我们可以对表面的均匀性做出主观的定性判断。

接下来，我们将光学轮廓表面再次确定不同的表面粗糙度后，电解抛光。这是一个重要的阶段，因为它给了我们一个客观和定量的方法来确定电解抛光的有效性。

光学剖分我们的样品的能力使我们的研究更快更准确。在我们使用泽塔光学分析器之前，我们被限制只使用AFM，虽然高精度有一些很大的缺点。首先，我们只能成像100 x 100µm的表面切片，所以我们必须假设这个切片作为基底是整个表面的代表。为了消除这种假设产生的任何误差，我们必须对整个表面进行多次测量，这是非常耗时的。

使用Zeta光学轮廓仪，我们可以快速地对整个基底表面进行多次高精度的定量测量，这节省了我们的时间，并使我们对我们的结果更有信心。我们还可以捕捉高质量的2D图像与无限深度的焦点;意义特征在表面的顶部是焦点，在表面的底部是焦点。泽塔光学分析器具有令人难以置信的多功能性，它非常容易改变放大率。

我们查看了不同的技术范围，泽塔光学Profiler提供了最好的技术，以其价格。

co基高温合金螺栓的截面图，用于F1发动机的固定部件成像使用Zeta-20光学分析器．俯仰和粗糙度信息是可见的。光学分析提供了具有优异景深的2D投影。

您是否使用Zeta光学分析器进行研究的任何其他方面？

是的，我们这样做。我的团队也参与了其他可持续技术的发展。本研究的一部分涉及制造建筑材料的替代品，例如MDF（中密度纤维板）和皮革。欧洲杯足球竞彩

作为这项研究的一部分，他们广泛使用Zeta光学轮廓仪来确定这些类型的材料的表面特征。欧洲杯足球竞彩

我在化学系的一些同事也在他们的微流体研究中使用Zeta光学轮廓仪。他们正在测量埋在衬底内的微流控通道的特性。只有使用Zeta光学轮廓仪这样的仪器才能实现这一点，Zeta光学轮廓仪能够对地下、透明的微流控通道等特征进行轮廓分析。

泽塔-20光学轮廓仪。

在未来，您是否可以看到您的电解挖掘方法集成到大规模制造过程中？

绝对是的。事实上，它已经在发生了。

为了加快这一过程，我们在莱斯特大学有一个设备，叫做离子液体演示器，这是一个放大装置。在这里，我们开发的工艺使我们能够从公升秤，我们已经进行了我们的研究，转移到100公升秤，用于工业。

在离子液体演示中，我们正在研究几种涉及铬，锌合金的缩放，最近铝合金;这是英国的第一个善良。

扩大规模是最困难的事情之一。许多事情的发生是不容易预料到的，过程也很难控制。需要仔细考虑控制质量流量(例如泵送或搅拌)，如何保持大量悬浮的非液体，以及如何以安全可控的方式散热。

所有这些大规模的研究都是在格洛斯特的一个电镀设施中进行的我们的合作伙伴空中客车公司的商业航天电镀设施。我们不想等待未来，我们已经让它发生了。

我们的读者在哪里可以了解有关您的研究和Zeta光学分析器的更多信息？

您可以通过我的团队网站或阅读下面提供的论文了解我们的研究。有关Zeta光学分析器的更多信息可以找到这里．

• 银复合材料的电沉积利用深共晶溶剂， Andrew P. Abbott, Khalid El Ttaib, Gero Frisch, Karl S. Ryder and David Weston, Phys。化学。化学。理论物理。， 2012, 14, 2443。
• 添加剂对深度共晶溶剂锌电沉积的影响， Andrew P. Abbott, John C. Barron, Gero Frisch, Karl S. Ryder and A. Fernando Silva，电化学学报，2011,56,5272。
• 使用离子液体电镀， Andrew P. Abbott, Gero Frisch和Karl S. Ryder，材料研究的年度回顾，2013,43,1。欧洲杯足球竞彩

关于Karl Ryder教授

卡尔·赖德是一名电化学化学家，他的研究兴趣是新型和环境可持续电解质的电化学处理。这包括电镀、电溶解、材料整理以及金属回收、回收和储能技术。欧洲杯足球竞彩

Ryder教授与一系列战略行业密切合作，包括航空航天、汽车和电子。他是莱斯特大学材料中心的首席学者，也是英国皇家学会工业奖欧洲杯足球竞彩学金的获得者，与罗尔斯-罗伊斯航空航天公司合作，研究涡轮发动机高温合金部件的电化学处理应用。

Ryder教授也是Scionix Ltd.技术总监SCIONIX是一家大学分拆公司，设立，制造，制造和商业化离子液体电解质技术。

他的电化学研究跨越离子液体（包括深度共晶溶剂），电源和溶出，电聚合，电化学储能和工业电镀的领域。